O 引言
脈沖壓縮體制在現(xiàn)代雷達(dá)中被廣泛采用，通過發(fā)射寬脈沖來提高發(fā)射的平均功率，保證足夠的作用距離；接收時則采用相應(yīng)的脈沖壓縮算法獲得脈寬較窄的脈沖，以提高距離分辨力，從而能夠很好地解決作用距離和距離分辨力之間的矛盾問題。
線性調(diào)頻(LFM)信號通過在寬脈沖內(nèi)附加載波線性調(diào)制以擴(kuò)展信號帶寬，從而獲得較大的壓縮比。所需匹配濾波器對回波信號的多普勒頻移不敏感，因此LMF信號在日前許多雷達(dá)系統(tǒng)中仍在廣泛使用。
本文基于快速傅里葉IP核可復(fù)用和重配置的特點，實現(xiàn)一種頻域的FPGA數(shù)字脈壓處理器，能夠完成正交輸入的可變點LFM信號脈沖壓縮，具有設(shè)計靈活，調(diào)試方便，可擴(kuò)展性強(qiáng)的特點。
1 系統(tǒng)功能硬件實現(xiàn)方法
該系統(tǒng)為某寬帶雷達(dá)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)字脈沖壓縮部分。系統(tǒng)要求在1個脈沖重復(fù)周期(PRT)內(nèi)完成距離通道的數(shù)據(jù)采集及1 024點的數(shù)字脈沖壓縮，并在當(dāng)前PRT將脈壓結(jié)果傳送至DSP，其硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括前端的運算放大器和模／數(shù)轉(zhuǎn)換器。運算放大器選用ADI公司的AD8138，將輸入信號由單端轉(zhuǎn)換為差分形式以滿足ADC的輸入需 求，并且消除共模噪聲的影響。模／數(shù)轉(zhuǎn)換器選用TI公司的ADS5500，具有14 b的分辨率和125 MSPS的最高采樣率，用來對輸入LFM信號進(jìn)行60 MHz的高速采樣。
數(shù)字脈沖壓縮模塊在FPGA中實現(xiàn)，F(xiàn)PGA選用Xilinx公司的XQ2V1000芯片。在對輸入采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖壓縮后，結(jié)果存儲于FPGA片內(nèi)的雙口RAM中，并向DSP發(fā)送中斷信號。DSP在接收到中斷信號后讀取RAM中的脈壓數(shù)據(jù)進(jìn)行主處理。
2 脈沖壓縮模塊的設(shè)計和實現(xiàn)
2．1 脈沖壓縮原理
數(shù)字脈沖壓縮技術(shù)是匹配濾波和相關(guān)接收理論的實際應(yīng)用，頻域的匹配濾波等效于時域的相關(guān)接收。基于匹配濾波理論實現(xiàn)數(shù)字脈沖壓縮的原理如圖2所示。
圖2中θ(f)為發(fā)射信號的非線性相位譜，接收的回波信號在經(jīng)過匹配濾波后，非線性相位譜得到校正。輸出的窄脈沖為：
匹配濾波器有一個重要的特性：對波形相同而幅度和時延不同的信號具有適應(yīng)性。也就是說，與信號s(t)匹配的濾波器，對信號as(t-τ)也是匹配的。回波信號s(t)在波門中的位置反映在脈壓結(jié)果峰值出現(xiàn)的位置，這也是利用雷達(dá)脈沖進(jìn)行測距的主要依據(jù)。
2．2 脈沖壓縮原理
脈沖壓縮模塊包括FFT、與IFFT單元、復(fù)數(shù)乘法單元以及存儲單元，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。其中，F(xiàn)FT和IFFT單元是通過復(fù)用Xilinx公司提供的快速傅里葉變換IP核來實現(xiàn)的，而硬件乘法器則為復(fù)乘提供了解決途徑。
采樣數(shù)據(jù)首先存入FIFO中進(jìn)行全局緩存，然后FFT單元從FIFO中讀取采樣數(shù)據(jù)，緊接著進(jìn)行FFT運算，結(jié)果在流水輸出時直接與匹配濾波器系數(shù)電感器廠家相乘， 并將運算結(jié)果寫入塊RAMl中，最后IFFT單元從塊RAMl中讀取復(fù)乘后的數(shù)據(jù)進(jìn)行IFFT(復(fù)用FFT運算IP核)運算，結(jié)果寫入塊RAMl后發(fā)送中 斷信號，等待DSP讀取。
2．2．1 FFT處理單元的硬件復(fù)用
在系統(tǒng)中FFT處理單元通過使用軟核Fast Fourier Transform v3．O來實現(xiàn)的。該IP核提供3種結(jié)構(gòu)選擇。
(1)管線級，數(shù)據(jù)流水I／0。這種結(jié)構(gòu)將若干基-2蝶形單元級聯(lián)起來，使得數(shù)據(jù)的輸入、計算、輸出可以流水進(jìn)行，從而可以達(dá)到很高的處理速度，但資源消耗較大；
(2)基-2，最少資源消耗。這種結(jié)構(gòu)采用單個基-2蝶形單元對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，運算消耗的時間較長；
(3)基-4，突發(fā)I／O；這種結(jié)構(gòu)采用單個基-4蝶形單元對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，并利用塊RAM來存儲旋轉(zhuǎn)因子，占用系統(tǒng)資源較少，在1個PRT內(nèi)可以完成脈壓結(jié)果的輸出，從而在資源和速度這兩者之間達(dá)到很好的平衡，也是設(shè)計中實際采用的結(jié)構(gòu)。 大功率電感廠家 |大電流電感工廠
